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Os pesquisadores de Bernese desenvolvem uma pulmão-em-microplaqueta da segunda geração

O pulmão é um órgão complexo cuja a função principal seja trocar gáss. É o órgão o maior no corpo humano e joga um papel chave no oxigenação de todos os órgãos. Devido a sua estrutura, composição celular e microambiente dinâmico, é difícil de imitar in vitro.

Um laboratório especializado do centro para a pesquisa de engenharia biomedicável, universidade de ARTORG de Berna, dirigida por Olivier Guenat desenvolveu uma nova geração in vitro de modelos chamados órgão-em-microplaqueta por mais de 10 anos, centrando-se sobre a modelagem do pulmão e de suas doenças.

Após um primeiro sistema bem sucedido da pulmão-em-microplaqueta que exibe características essenciais do pulmão, o laboratório (OOC) das tecnologias da Órgão-em-Microplaqueta tem desenvolvido agora uma pulmão-em-microplaqueta puramente biológica da próxima geração em colaboração com o centro de Helmholtz para a pesquisa da infecção em Alemanha e os departamentos torácicos da cirurgia e da pneumologia em Inselspital.

Uma ar-sangue-barreira em tamanho natural inteiramente biodegradável

Pauline Zamprogno, que desenvolveu o modelo novo para sua tese do PhD no OOC, resume suas características: “A pulmão-em-microplaqueta nova reproduz uma disposição de alvéolos com dimensões in vivo como. É baseada em uma membrana fina, stretchable, feita com as moléculas encontradas naturalmente no pulmão: colagénio e elastin. A membrana é estável, pode ser cultivada em ambos os lados por semanas, é biodegradável e suas propriedades elásticas reservam imitar movimentos respiratórios mecanicamente esticando as pilhas.”

Pelo contraste à primeira geração, que foi construída igualmente pela equipe em torno de Olivier Guenat, o sistema desenvolvido reproduz aspectos fulcrais da matriz extracelular do pulmão (ECM): Sua composição (apoio das pilhas feito de proteínas do ECM), sua estrutura (disposição de alvéolos com a dimensão similar àquelas encontradas in vivo + estrutura da fibra) e suas propriedades (biodegradabilidade, um aspecto fulcral à barreira de investigação que remodela durante doenças pulmonares tais como IPF ou COPD). Adicionalmente, o processo da fabricação é simples e menos incómodo do que aquele de uma membrana porosa stretchable do polydimethylsiloxane da pulmão-em-microplaqueta da primeiro-geração.

Aplicações clínicas potenciais largas

As pilhas a ser cultivadas na microplaqueta nova para a pesquisa são obtidas actualmente das pacientes que sofre de cancro que submetem-se a resseções do pulmão no departamento de Inselspital da cirurgia torácica. O chefe de departamento Ralph Schmid considera uma vantagem dobro no sistema: “A pulmão-em-microplaqueta da segunda geração pode ser semeada com pilhas saudáveis ou doentes do alveolar do pulmão. Isto fornece clínicos com uma compreensão melhor da fisiologia do pulmão e uma ferramenta com carácter de previsão para a selecção da droga e potencial igualmente para a medicina da precisão, identificando a terapia específica o melhor potencial de ajudar um paciente particular.”

Os pedidos para tais membranas são largos, das investigações da ciência básica em funcionalidades e em patologias do pulmão, a identificar caminhos novos, e a uma descoberta mais eficiente de terapias novas potenciais.”

Thomas Geiser, cabeça, departamento da pneumologia, Inselspital e director, ensino e pesquisa do Insel Gruppe

Alternativa poderosa aos modelos animais na pesquisa

Como um adicional mais, a pulmão-em-microplaqueta nova pode reduzir a necessidade para a pesquisa pneumological baseada nos modelos animais. “Muitos candidatos prometedores da droga testados com sucesso em modelos pré-clínicos em roedores falharam quando testados nos seres humanos devido às diferenças entre a espécie e na expressão de uma doença pulmonar,” explica Olivier Guenat. “Eis porque, a longo prazo, nós apontamos reduzir o teste animal e fornecer uns sistemas paciente-mais relevantes para a selecção da droga a possibilidade de costurar modelos aos pacientes específicos (semeando a órgão-em-microplaqueta com suas próprias pilhas).”

A pulmão-em-microplaqueta biológica nova será desenvolvida mais por Pauline Zamprogno e seus colegas do grupo de tecnologias de OOC para imitar um pulmão com fibrose pulmonaa idiopática (IPF), uma doença crónica do pulmão que conduz a scarring progressivo do tecido de pulmão no âmbito de um projecto de investigação financiado pelo centro da competência do suíço 3R (3RCC). “Meu projecto novo consiste na revelação do IPF-no modelo da microplaqueta baseado na membrana biológica. Até agora, nós temos desenvolver uma barreira saudável do ar-sangue. Agora é hora de usá-la para investigar uma pergunta biológica real,” diz Zamprogno.

Tecnologias da Órgão-em-Microplaqueta do grupo de investigação do centro de ARTORG

Este grupo especializado do centro de ARTORG para a pesquisa de engenharia biomedicável desenvolve a órgão-em-microplaqueta, centrando-se sobre o pulmão e suas doenças, em colaboração com os departamentos da medicina pulmonaa e da cirurgia torácica do Inselspital. O grupo combina a engenharia, em particular microfluidics e microfabrication, métodos de engenharia da biologia celular e do tecido, ciências materiais e medicina.

Sua primeira revelação de uma pulmão-em-microplaqueta de respiração é desenvolvida mais em colaboração com o AlevoliX start-up, com o alvo para revolucionar a pesquisa pré-clínica. O grupo tem desenvolvido recentemente uma pulmão-em-microplaqueta de segunda geração inteiramente biológica que centra-se sobre a recriação da barreira do ar-sangue do pulmão. Um segundo sentido da pesquisa visa desenvolver um microvasculature funcional do pulmão. Aqui, as pilhas endothelial do pulmão são semeadas em um ambiente micro-projetado, onde auto-montem para construir uma rede de microvessels perfusable e contrácteis somente de alguns dez dos micrômetros no diâmetro.

Ao lado das aplicações farmacêuticas, a órgão-em-microplaqueta é vista como tendo o potencial ser usado na medicina da precisão para testar próprias pilhas do paciente a fim costurar a melhor terapia. Além disso, tais sistemas têm o potencial significativo reduzir o teste animal na pesquisa médica e da ciência da vida. O grupo de OOC opera a facilidade da Órgão-em-Microplaqueta, fornecendo cientistas da universidade de Berna, o hospital da universidade de Berna e além da infra-estrutura e do equipamento para produzir dispositivos e órgão-em-microplaquetas microfluidic do teste.

Source:
Journal reference:

Zamprogno, P., et al. (2021) Second-generation lung-on-a-chip with an array of stretchable alveoli made with a biological membrane. Communications Biology. doi.org/10.1038/s42003-021-01695-0.